Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона

Авторы патента:


Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона
Система и способ энергоснабжения транспортного средства с использованием генераторов рч-диапазона

 


Владельцы патента RU 2403154:

РИЭРДЕН, ЭлЭлСи (US)

Система и способ энергоснабжения транспортного средства в общем относятся к области систем приведения в движение транспортного средств, в частности относится к усовершенствованным системам и способу энергоснабжения транспортного средства с использованием высокочастотных сигналов. Способ содержит следующие этапы: размещают под поверхностью дорожного полотна множество генераторов РЧ-диапазона, которые выполнены с возможностью передачи РЧ-сигналов в направлении транспортных средств, движущихся по дорожному полотну; устанавливают на транспортном средстве антенну-выпрямитель, которая выполнена с возможностью приема РЧ-сигналов, передаваемых от генераторов РЧ-диапазона, и получения энергии из этих РЧ-сигналов; и используют энергию, созданную антенной-выпрямителем, для энергоснабжения транспортного средства. Технический результат заключается в приведении в движение транспортного средства с помощью высокочастотных сигналов. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение в общем относится к области систем приведения в движение транспортного средства. В частности, оно относится к усовершенствованным системе и способу энергоснабжения транспортного средства с использованием радиочастотных (РЧ) сигналов.

Уровень техники

1. Введение

Разработка транспортных средств, которые уменьшают зависимость от ископаемого топлива, является задачей огромной важности мирового масштаба. Ископаемое топливо (например, бензин, дизельное топливо, природный газ) используется в подавляющем большинстве транспортных средств в мире из-за высокой удельной энергии этого топлива, малого времени повторной заправки, относительно низкой стоимости и совершенства двигателей внутреннего сгорания, которые работают на этом топливе.

Сильная зависимость в мировом масштабе от ископаемого топлива для энергоснабжения транспортных средств привела к возникновению ряда проблем и поводов для беспокойства. Выхлопы двигателей внутреннего сгорания несмотря на постоянно ужесточающийся контроль во многих странах значительно усиливают загрязнение воздуха и приводят к выбросу значительных количеств углекислого газа, что может нанести вред озоновому слою и/или способствовать глобальному потеплению. Большая часть мировых запасов ископаемого топлива находится в политически нестабильных регионах мира. Кроме того, мировые запасы ископаемого топлива, которое может быть добыто на практике, ограничены. Хотя точный уровень остающихся запасов ископаемого топлива неизвестен и является предметом обсуждения, все согласны с тем, что в определенный момент времени (возможно, через 25 или 100 лет) добыча достигнет рекордного относительного уровня, после чего за короткое время запасы будут исчерпаны ускоренными темпами. Достижение рекордного относительного уровня добычи и начало быстрого исчерпания запасов являются той контрольной точкой, после которой, возможно, начнется существенный рост стоимости ископаемого топлива, что еще более усилит негатив привычной зависимости общества от преобладающего использования этого вида топлива.

Ряд систем был разработан к настоящему времени и/или предложен в течение предыдущего столетия, в которых либо исключено из пользования ископаемое топливо, либо его применение снижено. В частности, создано несколько таких систем, в которых в качестве энергии для приведения в движение транспортного средства используется электричество от локальной сети электропитания. Хотя большой процент электрической энергии в современной энергосистеме США и мировой энергосистеме вырабатывается из ископаемого топлива, в случае транспортных средств с электропитанием страны могут выбирать способ выработки электроэнергии, например тип используемого ископаемого топлива (т.е. природный газ, дизельное топливо или уголь) и источник энергии - ядерная энергия, энергия воды, энергия солнца и/или энергия ветра. Однако в случае транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, выбор ограничен типом топлива, например бензином, дизельным топливом и природным газом, которые находятся в жидкой или газообразной форме и обладают высокой энергоотдачей на единицу веса. Кроме того, в настоящее время в США стоимость электроэнергии для получения заданной выходной мощности от электрического мотора обычно меньше стоимости бензина для получения заданной выходной мощности от бензинового двигателя. Конечно, для сравнения итоговой эффективности электрического и бензинового транспортных средств требуется комплексный анализ, но если говорить в общем, стоимость выработки энергии на одну милю для электрических транспортных средств ниже, чем для аналогичных бензиновых транспортных средств.

Каждая из существующих систем, разработанная и/или предложенная в предыдущем столетии для уменьшения зависимости от ископаемого топлива, имеет свои преимущества и недостатки, но к настоящему времени ни одна не обеспечивает решения, обладающего удобством и эффективностью современного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, и долговременного решения, устраняющего зависимость от ископаемого топлива. Здесь рассмотрено несколько подобных существующих систем.

2. Существующие системы приведения в движение транспортного

средства

(а) Двигатели внутреннего сгорания

На Фиг.1 показано транспортное средство с энергоснабжением при помощи традиционного двигателя 116 внутреннего сгорания, наиболее широко распространенная сегодня конструкция транспортного средства. Топливо от источника 180 топлива (например, нефтеперерабатывающего предприятия) транспортируется до топливных насосов 181, используемых на автозаправочных станциях. Пользователи покупают топливо на автозаправочных станциях и заполняют топливный бак 114, установленный на транспортном средстве. После чего топливо поступает в двигатель 116 внутреннего сгорания по топливопроводу 115.

Двигатель 116 внутреннего сгорания сжигает топливо и создает крутящий момент в приводном механизме 117, который соединен с трансмиссией 182. Трансмиссия необходима для обеспечения работы двигателя со скоростью (обычно измеряемой в об/мин (RPM, Revolutions Per Minute)), которая напрямую не связана со скоростью транспортного средства. Например, при остановке транспортного средства (на красный свет светофора) трансмиссия позволяет оставить двигатель работающим. И наоборот, при движении транспортного средства с высокой скоростью (по скоростной магистрали) трансмиссия позволяет двигателю работать с непропорционально низкой скоростью. Приводной вал 130, идущий от трансмиссии 182, создает силу, обеспечивающую вращение колес 11 транспортного средства. На Фиг.1 также изображено пассажирское отделение 100 для размещения пассажиров 101 и грузовое отделение 102 (например, багажник) для груза 103.

Шины 111 транспортного средства, изображенные на Фиг.1, контактируют со стандартной дорожной поверхностью или колеей 150, которые могут быть созданы с использованием различных материалов (например, битум, бетон, сталь и т.д.). В дополнение к этому для дорожного полотна или балластного слоя 151 под дорожной поверхностью или колеей 150 могут использоваться различные материалы (например, гравий, дерево, грунт и т.д.). В обычных условиях окружающей среды на поверхности дороги может также иметься определенное количество грязи и/или атмосферных осадков 152.

(b) Транспортные средства с электропитанием

На Фиг.2 изображено транспортное средство с энергией от электрического мотора 124. Источник 190 энергии (например, энергосистема США или международная энергосистема) подает энергию в электрический вход 129 на транспортном средстве через интерфейс 191 электроснабжения, который может содержать набор проводников, стабилизатор напряжения и/или трансформатор. Электрический вход 129 соединен с зарядным устройством 127, которое заряжает группу батарей 122. Батареи снабжают энергией электрический мотор 124. Электрический ток от этого мотора поступает в устройство 118 разделения мощности, которое создает крутящий момент через приводной вал 130, вызывая вращение колес 111 транспортного средства. В одном из вариантов устройство 118 разделения мощности может содержать зубчатую передачу. Используя движущую силу, возникающую при движении транспортного средства вперед, устройство 118 разделения мощности снабжает энергией генератор 120, который вырабатывает электрический ток для зарядки батарей 122, когда транспортное средство тормозит или движется вниз с горки, извлекая энергию из упомянутой движущей силы транспортного средства. Двумя примерами электрического транспортного средства, показанного на Фиг.2, являются Honda EV+ и Saturn EV1.

(с) Гибридные транспортные средства

На Фиг.3 изображено примерное "гибридное" транспортное средство, работающее как на бензине, так и на электричестве. Устройство 118 разделения мощности в этом транспортном средстве обеспечивает совместную работу приводных механизмов 125 и 117 для подачи мощности на приводной вал. Если говорить более конкретно, это транспортное средство содержит как двигатель 116 внутреннего сгорания, так и электрический мотор 124 для создания крутящего момента на приводном валу 130 через устройство 118 разделения мощности. Как и в случае транспортного средства на Фиг.2, это транспортное средство также включает генератор 120 для зарядки батарей 122 с использованием движущей силы при движении транспортного средства вперед (например, когда транспортное средство тормозит или спускается вниз с горки). Примеры транспортного средства, показанного на Фиг.3, включают Lexus RX400h (отметим, однако, что это транспортное средство предлагается с дополнительным электрическим мотором для привода задних колес) и Toyota Prius.

На Фиг.4 изображено гибридное транспортное средство, которое содержит как двигатель 116 внутреннего сгорания, так и электрический мотор 124. Однако в отличии от транспортного средства, показанного на Фиг.3, это транспортное средство содержит электрический вход 129 и зарядное устройство 127 для зарядки батарей с использованием энергии от источника 190 электроэнергии (например, энергосистемы США) через интерфейс 191 электроснабжения. Исходя из того, что это транспортное средство может заряжаться с использованием стандартного электрического соединения, его батареи 122 обычно больше и могут поставлять больше энергии, чем батареи транспортного средства, показанного на Фиг.3.

(d) Транспортные средства на водороде

На Фиг.5 изображено транспортное средство, которое похоже на транспортное средство, показанное на Фиг.2, но в котором для зарядки группы батарей 122 используется водородный топливный элемент 196. Батареи 122 применяются в транспортных средствах на водороде в связи с тем, что топливный элемент 196 не может обеспечить достаточные мгновенные уровни мощности для приемлемого ускорения транспортного средства. Как и бензин, водород от источника 198 подается в транспортное средство через заливную горловину 112 и хранится в камере 194 хранения водорода.

Одной из проблем для транспортных устройств на водороде является то, что водород не является легко доступным источником топлива. В основном для получения водорода используется ископаемое топливо (например, природный газ), и это сводит на нет стремление к созданию транспортного средства без использования ископаемого топлива. Хотя водород также может быть получен с использованием электролиза, энергия для проведения которого обеспечивается источником электроэнергии, этот процесс не эффективен и делает водород необоснованно дорогим источником топлива.

(е) Транспортные средства с энергоснабжением на основе проводимости

На Фиг.6 изображено известное электрическое транспортное средство с энергоснабжением на основе проводимости, в котором шины/кабели 691 питания соединены с источником 190 энергии. Кабель 692 питания используется для создания электрического соединения между шинами/кабелями 691 питания и электрическим входом 129 на транспортном средстве. Электрический вход 129 соединен с зарядным устройством 127, которое снабжает энергией группу батарей 122, которые в свою очередь снабжают энергией электрический мотор 124. Электрический мотор 124 создает крутящий момент для приведения в действие приводного вала 130, который приводит во вращение группу шин или колес 111. Как изображено на Фиг.6, источник 190 энергии может быть соединен с поездом при помощи комбинации шин или кабелей 691 питания и рельса 150 (например, в случае электропоездов).

Существует множество примеров электрических транспортных средств, энергия к которым подается за счет проводимости при помощи внешнего источника энергии, который физически (т.е. за счет проводимости) соединен с таким средством. Подобные транспортные средства в общем имеют конструкцию, изображенную на Фиг.6. Источник 190 энергии подключен через питающий проводник 693 к шине (шинам) или кабелю (кабелям) 691 питания. В отличии от интерфейса 191 электроснабжения, показанного на Фиг.2, который подводит электроэнергию от зарядной станции к фиксированному месту, шина (шины) или кабель (кабели) 691 питания, показанные на Фиг.6, подводят электроэнергию с использованием длинных и непрерывных электрических проводников, обеспечивающих питание по всей длине предполагаемого пути транспортного средства (например, два верхних кабеля питания над маршрутами троллейбусов в Сан-Франциско), и кабель 192 питания, показанный на Фиг.3, заменен кабелем 692 питания, имеющим проводящее устройство 694 сопряжения, которое катится или скользит по шине (шинам) или кабелю (кабелям) 691 питания (например, два верхних соединителя на троллейбусах Сан-Франциско, которые подключены к двум верхним кабелям питания). В некоторых случаях два проводника от источника 190 энергии разделяют на потенциально опасный незаземленный питающий проводник 693, подключенный к шине или кабелю 691 питания (например, так называемый "третий рельс" системы подземного транспорта в Нью-Йорке), и безвредный заземляющий проводник 693, соединенный с проводящим рельсом 150 (например, рельсы системы подземного транспорта в Нью-Йорке). В такой системе шина или кабель 691 питания обычно физически недоступны, чтобы предотвратить случайный контакт человека или животного, который может привести к удару электрическим током.

Зарядное устройство 127 и батареи 122, показанные на Фиг.6, обеспечивают временное питание в случае потери промежуточного подключения к источнику энергии. Однако в конструкции подобных транспортных средств также может отсутствовать резервная батарея и существовать непосредственное соединение между электрическим входом 129 и электрическим мотором 124. Кроме того, в таких транспортных средствах часто имеется прямая механическая связь 130 между электрическим мотором 124 и шиной или колесом 111.

Электропоезда или троллейбусы с расположенными сверху проводами питания являются обычным примером электрических транспортных средств с энергоснабжением на основе проводимости. Другим примером являются игрушечные автомобили, у которых на днище расположены двужильные соединительные проводники, которые подключены к двум проводам, установленным в дорожном полотне.

Менее известна система, описанная в статье Дика Фраделлы (Dick Fradella) "Электрические транспортные средства для скоростных магистралей … Технологические аспекты будущих систем междугородного транспорта", опубликованной в 1976 году издательством при Калифорнийском университете, Институт Беркли, отделение Техники уличного движения. В этой публикации была предложена система для движения электрических транспортных средств на основе проводящего контакта, скользящего по магистральной линии питания. При использовании этой системы электрическое транспортное средство имело бы протяженный токоподвод, который соединен с шинами питания, выполненными в виде полос с прорезью и расположенными на магистральной линии питания, и который получает энергию за счет проводимости от этой магистральной линии. Согласно информации, размещенной на веб-сайте (http://home.earthlink.net/~fradella/car.htm), который, очевидно, поддерживается самим автором статьи, Министерство транспорта (DOT, Department Of Transportation) и Министерство энергетики (DOE, Department Of Energy) США отказались от использования такой системы токоподвода по соображениям возможного получения людьми удара электрическим током от таких шин питания в виде полос. Независимо от риска удара электрическим током, другой существенной проблемой было то, что автомобили, соединенные подобным образом с шинами питания, имели бы определенные ограничения в маневренности почти как упомянутые игрушечные автомобили при применении такого источника энергии на основе проводимости. Это потребовало бы существенных изменений в существующих конструкциях автомобилей и процедурах вождения. В дополнение к этому грязь или атмосферные осадки 152 (например, снег, лед, слякоть, масло, щебень, мусор) могли бы препятствовать или нарушить связь с проводящим интерфейсом.

(f) Транспортные средства с энергоснабжением на основе индуктивности

Другим типом транспортного средства, которое напрямую не зависит от ископаемого топлива, является электрическое транспортное средство с энергоснабжением на основе индуктивности. Электромагнитная индукция формально определяется как создание разницы электрических потенциалов (напряжения) в проводнике, находящемся в изменяющемся потоке магнитной индукции. Примером использования индукции на практике является трансформатор. Между первичной и вторичной обмотками трансформатора отсутствует проводящее соединение, они представляют собой просто катушки из провода, расположенные близко друг к другу. При приложении к первичной обмотке трансформатора переменного напряжения возникающий в ней ток индуцирует переменный ток во вторичной обмотке.

Индукцию можно также получить в двух параллельных несоединенных проводниках, расположенных близко друг к другу. На Фиг.7 изображено применение этого принципа в известных электрических транспортных средствах с энергоснабжением на основе индуктивности. Источник 190 энергии питает первичный источник 791 энергии, обеспечивающий питание на переменном токе (например, в системе, разработанной компанией Wampfler AG, Рейнштрассе, Германия, используется переменный ток частотой 10-25 кГц, см. www.wampfler.com), который соединен через питающий проводник 792 с первичным кабелем 794 (который вместе с другим кабелем, идущим обратно к питающему проводнику 792, создает замкнутую цепь). Обычно первичный кабель 794 закапывают на несколько сантиметров под поверхностью дорожного полотна или балластного слоя 151 или располагают над этой поверхностью в изолированной оболочке. Вторичный токоприемник 795 содержит длинный проводящий элемент, который в зависимости от зазора между транспортным средством и дорожным полотном или балластным слоем может выступать на некоторую длину от корпуса транспортного средства. Вторичный токоприемник 795 должен располагаться достаточно близко (в пределах нескольких сантиметров) от первичного кабеля 794 и быть параллельным ему во время движения транспортного средства. Вторичный токоприемник 795 соединен со вторичным стабилизатором 793, который служит для регулирования колебаний напряжения, вызванных изменением расстояния и ориентации между вторичным токоприемником 795 и первичным кабелем 794. Вторичный стабилизатор 793 соединен с зарядным устройством 127, которое через кабель 126 соединено с батареями 122 для их зарядки, эти батареи соединены через кабель 123 с электрическим мотором 124, и/или вторичный стабилизатор 793 может быть соединен напрямую с электрическим мотором 124, если транспортное средство должно работать только на основе индуктивности без использования батарей. Электрический мотор 124 соединен при помощи механической связи 130 с шиной или колесом 111 для приведения его в движение.

Существует всего лишь несколько примеров электрических транспортных средств с энергоснабжением на основе индуктивности. Например, компания Wampfler AG развернула несколько систем с энергоснабжением на основе индуктивности для электрических транспортных средств. Энергия индуктивности используется для транспортных средств, передвигающихся по полу производственного участка и в других контролируемых средах. Из-за требований к точному и небольшому интервалу между первичными и вторичными элементами (например, +/-25 мм в одной из систем компании Wampfler AG) индукционную передачу энергии в общем трудно применить для транспортных средств, которые предположительно должны работать в неблагоприятных условиях открытого пространства. Например, грязь или атмосферные осадки 152, показанные на Фиг.7, могут создать препятствие для вторичного токоприемника 795, допустимое отклонение в расстоянии для которого составляет всего длишь несколько сантиметров.

(g) Беспроводная передача энергии

Пионером в разработке способов передачи энергии при помощи радиоволн ("беспроводная энергия" или "РЧ-энергия") был Никола Тесла. Его катушка Теслы, демонстрирующая принцип передачи РЧ-энергии, в течение десятилетий была обычной принадлежностью научных музеев и научных классов, но не нашла большого практического применения из-за малой эффективности в качестве передатчика беспроводной энергии. Тем не менее, Тесла представлял себе мир, где использование беспроводной энергии будет повсеместным. Было даже одно сообщение о том (см. New York Daily News, 2 апреля 1934 г., "Мечта Теслы о беспроводной энергии становится реальностью"), что Тесла разрабатывал автомобиль с беспроводным энергоснабжением, подробности создания которого были "строго охраняемым секретом". Однако предположения, высказанные в этой статье, никогда не были подтверждены. На сайте Всемирной паутины, посвященном Николе Тесле (www.tfcbooks.com), собрано большое количество информации, относящейся к его работе. Что касается автомобилей с электропитанием, создатели сайта утверждают следующее: "хотя отсутствуют достоверные свидетельства о том, что Тесла все-таки создал электрический автомобиль, известно, что он поддерживал других людей, стремящихся воплотить идею приведения в движение при помощи электричества" (http://www.tfcbooks.com/teslafaq/q&a_015.htm).

После первой работы Теслы по использованию беспроводной передачи энергии, проведенной сто лет тому назад, был выполнен ряд других экспериментов и демонстраций по беспроводной передаче энергии.

В шестидесятых годах прошлого столетия Уильям К. Браун (William C. Brown) содействовал разработке антенны со встроенным выпрямителем ("антенна-выпрямитель"), которая преобразует радиоволны в постоянный ток. Пример антенны со встроенным выпрямителем изображен на Фиг.8. Как сообщает Уильям К. Браун и др., антенна-выпрямитель при воздействии радиоволн (обычно микроволнового диапазона) принимает передаваемую энергию и преобразует микроволновую энергию в постоянный ток. Типичная антенна-выпрямитель состоит из множества рядов симметричных вибраторных антенн, где в каждом ряду установлено множество вибраторов. Каждый ряд соединен с выпрямляющей схемой, которая состоит из фильтров 801 низкой частоты и выпрямителя 802. Выпрямитель обычно представляет собой диод с барьером Шоттки на основе GaAs, полное сопротивление которого выбирается фильтром 801 низких частот в соответствии с характеристиками вибраторов. Фильтры 801 низких частот представляют собой устройство, устраняющее частоты вышеопределенной точки и пропускающее все другие частоты. В антеннах-выпрямителях могут также применяться конденсаторы 803 для сохранения заряда при его прохождении через принимающие подсистемы.

Технология изготовления антенны-выпрямителя хорошо знакома специалистам в данной области техники, и существует ряд известных усовершенствований, включая патенты США №№ 3887925 и 4943811. Антенной-выпрямителем обеспечиваются уровни кпд вплоть до 90%, рассчитанные для цикла от передачи энергии до ее приема.

Передача беспроводной энергии на антенны-выпрямители используется и предлагается для применения во многих областях. В 1964 году Уильям К. Браун продемонстрировал передачу беспроводной энергии к соединенной фалом модели вертолета, которая имела антенну-выпрямитель.

В 80-х годах прошлого века реализация проекта SHARP привела к созданию электрического самолета с энергоснабжением в микроволновом диапазоне, который имел размах крыльев 15 футов. Его красивый полет состоялся в 1987 году, в результате, его удалось поднять на высоту 1500 футов за счет направленной передачи 12 кВт РЧ-энергии с земли до самолета за период более часа. Бортовой антенной-выпрямителем была принята только небольшая доля передаваемой РЧ-энергии. Эта работа в настоящее время описана по адресу http://friendsofcrc.ca/SHARP/sharp.html и приведена в патентах США №№ 4943811; 5045862; 5321414; 5563614 и патентах Канады №№ 1307842; 1309769; 2006481; 2011298. Для передачи микроволн самолету использовалась наземная система передачи энергии.

Любители и студенты также используют беспроводную энергию для энергоснабжения моторов в других областях. Акшай Мохан (Akshay Mohan) описывает эксперименты по беспроводной передаче энергии, которые он проводил в 2002 году. Первоначальной его целью была разработка транспортного средства, которое могло бы разделяться таким образом, чтобы в один момент времени быть семейным автомобилем, а в другой момент времени разделяться на части, чтобы каждая часть отдельно могла быть транспортным средством, которым может управлять человек. Сначала он думал о соединении независимых механизмов подвески и трансмиссии, а затем рассматривал использование беспроводной передачи энергии для распределения мощности между различными независимыми частями транспортного средства. Уровень передачи энергии был очень низким, и эта энергия использовалась для питания мотора, извлеченного из игрушечного автомобиля. Этот эксперимент описан по следующему адресу: http://www.media.mit.edu/physics/pedagogy/fab/fab_2002/personal_pages/akshay/mit.edu/index42.html.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описаны система и способ для энергоснабжения транспортного средства с использованием радиочастотных (РЧ) сигналов. Например, способ, соответствующий одному из вариантов реализации настоящего изобретения, содержит следующие этапы: размещают под поверхностью дорожного полотна множество генераторов РЧ-диапазона, которые выполнены с возможностью передачи РЧ-сигналов в направлении транспортных средств, движущихся по дорожному полотну; устанавливают на транспортном средстве антенну-выпрямитель, которая выполнена с возможностью приема РЧ-сигналов, передаваемых от генераторов РЧ-диапазона, и получения энергии из этих РЧ-сигналов; и используют энергию, созданную антенной-выпрямителем, для энергоснабжения транспортного средства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Лучшее понимание настоящего изобретения может быть достигнуто при рассмотрении приведенного ниже подробного описания совместно с чертежами, из которых:

на Фиг.1 изображено известное транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания, которое работает на ископаемом топливе;

на Фиг.2 изображено известное электрическое транспортное средство, которое снабжается энергией от группы перезаряжаемых батарей;

на Фиг.3 изображено известное гибридное транспортное средство, которое снабжается энергией при помощи как ископаемого топлива, так и батарей;

на Фиг.4 изображено известное "подключаемое" гибридное транспортное средство, которое может заряжаться через электрический вход;

на Фиг.5 изображено известное транспортное средство на водородных топливных элементах, которое снабжается энергией с использованием водорода;

на Фиг.6 изображено известное электрическое транспортное средство с энергоснабжением на основе проводимости;

на Фиг.7 изображено известное электрическое транспортное средство с энергоснабжением на основе индуктивности;

на Фиг.8 изображена известная антенна со встроенным выпрямителем или "антенна-выпрямитель";

на Фиг.9 изображен один из вариантов реализации настоящего изобретения, в котором генераторы РЧ-диапазона установлены под поверхностью дороги;

на Фиг.10 изображен другой вариант реализации настоящего изобретения, в котором генераторы РЧ-диапазона установлены под поверхностью дороги;

на Фиг.11 изображен один из вариантов реализации настоящего изобретения, в котором единственным источником энергии для транспортного средства являются генераторы РЧ-диапазона, установленные под поверхностью дороги;

на Фиг.12 изображена архитектура системы беспроводной связи, используемой в одном из вариантов реализации настоящего изобретения;

на Фиг.13 изображен один из вариантов реализации настоящего изобретения, в котором под поверхностью дороги установлены стальной короб и канал и который включает кожух для размещения системы управления;

на Фиг.14 изображен один из вариантов реализации настоящего изобретения, который включает погодоустойчивый кожух для размещения генератора РЧ-диапазона; и

на Фиг.15 изображен общий вид с высоты птичьего полета для системы, соответствующей одному из вариантов реализации настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

Ниже описаны усовершенствованные устройство и способ энергоснабжения транспортного средства. В приведенном ниже описании в целях объяснения изложены многочисленные конкретные подробности, обеспечивающие полное понимание настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без использования некоторых из этих конкретных подробностей. В других случаях, чтобы избежать затруднений в понимании основополагающих принципов настоящего изобретения, в виде структурных схем приведены хорошо известные конструкции и устройства.

В одном из вариантов настоящего изобретения транспортное средство снабжают энергией, используя беспроводные радиочастотные сигналы, передаваемые от антенны, установленной в дорожном полотне, на антенну-выпрямитель, установленную на транспортном средстве. Антенна-выпрямитель может быть расположена на днище кузова и может быть выполнена с возможностью приема РЧ-сигналов при прохождении транспортного средства над передающей антенной.

На Фиг.9 изображен один из вариантов реализации настоящего изобретения, который включает в себя генератор 171 РЧ-диапазона, установленный под дорожной поверхностью 150 и соединенный с передающей антенной 173. Генератор РЧ-диапазона выполнен с возможностью передачи РЧ-сигналов 152 через антенну 173 в направлении транспортных средств, движущихся над дорожной поверхностью 150. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения РЧ-сигналы 152 представляют собой сигналы микроволнового диапазона. Однако основополагающие принципы настоящего изобретения не ограничиваются любой конкретной частью РЧ-спектра.

В дополнение к этому в одном из вариантов реализации настоящего изобретения генератор 171 РЧ-диапазона использует соединение с электрической сетью как с источником 170 энергии. При этом снова повторимся, что основополагающий принцип настоящего изобретения не ограничивается каким-либо конкретным источником энергии.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения антенна-выпрямитель 160 прикреплена к нижней стороне транспортного средства и ориентирована для приема РЧ-сигналов, передаваемых генератором 171 РЧ-диапазона. Антенна-выпрямитель 160 преобразует РЧ-сигналы в постоянный ток. Если говорить более конкретно, ток протекает от антенны-выпрямителя 160 к зарядному устройству 127 через электрическое соединение 161. Используя энергию, поступающую от антенны-выпрямителя 160, зарядное устройство 127 заряжает группу батарей 122. Зарядное устройство 127, батареи 122, генератор 120, электрический мотор 124, устройство 118 разделения мощности могут быть идентичными (или похожими) на те, которые используются в известных электрических транспортных средствах. В дополнение к этому, как изображено, транспортное средство может быть снабжено двигателем 116 внутреннего сгорания (соединенным с устройством 118 разделения мощности, как и в известных транспортных средствах).

В одном из вариантов под определенными рядами скоростной магистрали расположены группы генераторов РЧ-диапазона, таких как генератор 171 РЧ-диапазона, которые отстоят друг от друга на заданные расстояния. По существу, транспортные средства, оборудованные антеннами-выпрямителями 160 и соответствующими зарядными электрическими схемами, обеспечиваются постоянным источником энергии при их движении в этих рядах. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения предлагается размещение генераторов 171 РЧ-диапазона только под рядами для общественного транспорта (иногда называемых рядами для "маршрутных такси" или регулярного транспорта) на скоростной магистрали. Однако основополагающие принципы настоящего изобретения не ограничиваются конкретными типами рядов движения, снабженных генератором РЧ-диапазона.

Так как энергия передается с использованием радиочастоты, имеются существенные преимущества по сравнению с известными дорожными системами энергоснабжения. В отличие от известных транспортных средств с энергоснабжением на основе проводимости, например подобных показанному на Фиг.6, отсутствует токоподвод к шине или кабелю 691 питания, и, в результате, транспортное средство, изображенное на Фиг.9, обладает такой же маневренностью, что и обычный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. В отличие от известных транспортных средств с энергоснабжением на основе индуктивности, например подобных показанному на Фиг.7, отсутствует вторичный токоприемник 795, который должен быть близко и точно установлен относительно первичного кабеля 794. РЧ-энергия 174 на Фиг.9 будет проникать через дорожное полотно или балластный слой 151, дорожную поверхность 150 и грязь или атмосферные осадки 152. После чего эта энергия будет передаваться через воздух на антенну-выпрямитель 160, позволяя использовать обычный зазор между днищем транспортного средства и дорогой. Конкретная высота и положение антенны-выпрямителя 160 относительно антенны 173 могут меняться в широких пределах (например, порядка 4 футов), и, в результате, может допускаться погрешность, возникающая при обычном вождении из-за неровностей на дороге или промахов водителя. Единственным последствием неточного позиционирования может быть некоторая потеря в эффективности передачи энергии, если антенна-выпрямитель 160 частично выходит из зоны 174 РЧ-передачи.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения доступ к получению энергии от генераторов 171 РЧ-диапазона предоставляется только авторизованным водителям. Например, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения описанная здесь система РЧ-энергоснабжения является платной услугой, и только тем водителям, кто подписался на эту услугу (и кто имеет хорошее состояние здоровья), будет предоставлен доступ.

Для этого в одном из вариантов реализации настоящего изобретения предусмотрен модуль 176 авторизации и управления, который выполнен с возможностью опознавать авторизованных водителей и включать генератор 171 РЧ-диапазона только для этих водителей через линию 175 управления. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения модуль 176 авторизации и управления включает в себя антенну 178, обеспечивающую беспроводную связь этого модуля с логической схемой 162 идентификации и управления, установленной на транспортном средстве. Как изображено на чертеже, логическая схема 162 идентификации и управления также снабжена антенной 164, которая в одном из вариантов реализации настоящего изобретения расположена с нижней стороны транспортного средства. При движении транспортного средства по дорожной поверхности 150 модуль 176 авторизации и управления устанавливает связь по беспроводному каналу и считывает идентификационные данные из логической схемы 162 идентификации и управления, уникальным образом идентифицирующей водителя и/или транспортное средство. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения идентификационные данные представляют собой серийный номер транспортного средства. Однако могут использоваться другие типы идентификационных данных, пока это соответствует основополагающим принципам настоящего изобретения. Если водитель/транспортное средство имеют право использовать систему энергоснабжения, то модуль 176 авторизации и управления включит генератор 171 РЧ-диапазона при прохождении поблизости этого транспортного средства, таким образом обеспечивая его энергией. Если водитель/транспортное средство не имеют прав, то модуль 176 авторизации и управления не будет включать генератор 171 РЧ-диапазона.

С этой целью в одном из вариантов реализации настоящего изобретения модуль 176 авторизации и управления выполнен с возможностью опознавать авторизованных водителей и включать генератор 171 РЧ-диапазона только для этих водителей через линию 175 управления. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения модуль 176 авторизации и управления содержит антенну 178, позволяющую этому модулю в беспроводном режиме связываться с логической схемой 162 идентификации и управления, установленной внутри транспортного средства. Как изображено на чертеже, логическая схема 162 идентификации и управления также снабжена антенной 164, которая в одном из вариантов реализации настоящего изобретения расположена на нижней стороне транспортного средства. При движении транспортного средства по дорожной поверхности 150 модуль 176 авторизации и управлениия устанавливает связь по беспроводному каналу и считывает идентификационные данные из логической схемы 162 в идентификации и управлении, которые уникальным образом идентифицируют водителя и/или транспортное средство. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения идентификационные данные представляют собой серийный номер транспортного средства. Однако могут использоваться различные другие типы идентификационных данных, пока они соответствуют основополагающим принципам настоящего изобретения. Если водитель/транспортное средство имеет право использовать систему энергоснабжения, то модуль 176 авторизации и управления включит генератор 171 РЧ-диапазона при прохождении мимо транспортного средства, таким образом обеспечивая энергией это транспортное средство. Если водитель/транспортное средство не имеет право использования, то модуль 176 авторизации и управления не будет включать генератор 171 РЧ-диапазона.

Предполагается, что за пределы объема настоящего изобретения не выходят и различные другие конструкции модуля 176 авторизации и управления и логическая схема 162 идентификации и управления. Например, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения может применяться та же технология беспроводной связи, которая в настоящее время используется для предоставления доступа к мостам и тоннелям во многих городских районах. Одним из примеров является "Е-Z Pass", используемая на нескольких платных мостах и платных дорогах в северо-восточных штатах США. Наклейки Е-Z Pass представляют собой RFID-транспондеры (Radio Frequency IDentification - радиочастотная идентификация), которые обмениваются информацией с оборудованием, установленным в рядах движения с взиманием платы. Наиболее распространенный тип наклейки устанавливают на внутренней стороне ветрового стекла транспортного средства за зеркалом заднего вида. Некоторые транспортные средства имеют ветровые стекла, которые блокируют RFID-сигналы. Для этих транспортных средств может использоваться наклейка с внешней установкой, обычно предназначенная для прикрепления в местах монтажа переднего номерного знака транспортного средства.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения логическая схема 162 идентификации и управления и модуль 176 авторизации и управления реализованы таким образом, как показано на Фиг.12. Логическая схема 162 идентификации и управления, показанная на Фиг.9, реализована с использованием компьютера 1201, запоминающего устройства 1202 и беспроводного приемопередатчика 1203 данных. Модуль 176 авторизации и управления реализован с использованием компьютера 1211, запоминающего устройства 1212 и беспроводного приемопередатчика 1213 данных. Компьютеры 1201 и 1211 реализованы с использованием материнских плат VIA EPIA PC 10000 LVDS, предлагаемых тайваньской компанией VIA Technologies, Inc., которые работают под управлением операционной системы Windows XP Professional от компании Microsoft Corporation. Запоминающие устройства 1202 и 1212 реализованы с использованием предлагаемых на рынке модулей флеш-памяти емкостью 64 МБ с интерфейсом USB, которые вставляются в порты USB компьютеров 1201 и 1211. Беспроводные приемопередатчики данных 1203 и 1213 реализованы с использованием Wireless Ethernet-адаптеров MiniLink от компании MicroTek Electronics, г. Сан-Клименте, штат Калифорния, которые устанавливаются в порты Ethernet компьютеров 1201 и 1211 и предназначены для работы на частоте 5,260 ГГц. Беспроводные передатчики данных 1203 и 1213 соединены с направленными антеннами 164 и 178. Хотя эти антенны для удобства иллюстрации их направленности на Фиг.12 показаны как внешние параболические антенны согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, в действительности, они представляют собой микрополосковые антенны, которые интегрированы в изделие MiniLink. Антенна 164 установлена на днище 1204 кузова транспортного средства. Антенна 178 установлена под дорожной поверхностью или колеей 150. В случае колеи, например для поезда, антенна 178 размещена между рельсами в балластном слое.

Изделие MiniLink предназначено для передачи на расстояние до 30 миль для вариантов применения в условиях прямой видимости на открытом пространстве со скоростью до 40 Мбит/с. В типичных дорожных условиях необходимое расстояние передачи значительно короче (например, 1-2 фута), но существуют физические препятствия. Волнам необходимо будет распространяться в обоих направлениях от антенны 178 через дорожное полотно, грязь и/или атмосферные осадки на дорогое, 1-2 фута воздушной прослойки и затем через любое загрязнение или сажу, которые накопились на антенне 164. Разумеется, можно установить антенну 174 очень глубоко в грунте, или под дорожной поверхностью 150, которая блокирует радиочастоты в полосе 5 ГГц (например, дорожная поверхность из сплошной стали) таким образом, чтобы сигнал не мог проникнуть через дорожное полотно, но существует множество материалов и толщин, которые можно применять на практике без получения такого эффекта. На Фиг.13 (без соблюдения масштаба) изображен один из таких практических вариантов реализации. Дорожное полотно состоит из бетонных плит 1301, которые имеют толщину 12 дюймов и изготовлены из портланд-цемента. При изготовлении бетонной плиты 1301 в нее во время заливки бетона устанавливают стальной короб 1302 (с открытым верхом), размер которого достаточен для размещения изделия MiniLink (размеры которого 2,6×2,6×1,1 дюйма). Сверху короба, обычно изготовленного из стали, устанавливают бетонную крышку 1303 толщиной 1 дюйм. Кроме того, при изготовлении бетонной плиты 1301 во время заливки бетона устанавливают канал 1304, обычно изготовленный из стали и предназначенный для размещения кабеля питания и кабеля Ethernet, идущих к изделию MiniLink от погодоустойчивого кожуха, расположенного на боковой стороне дороги, где находятся компьютер 1211 и запоминающее устройство 1212. Микрополосковая антенна MiniLink направлена вверх, и РЧ-сигнал передается через бетонную крышку 1303.

Генератор 171 РЧ-диапазона, показанный на Фиг.9, может быть реализован на практике с использованием любой из множества предлагаемых на рынке систем с генератором РЧ-диапазона, обычно использующих магнетрон на микроволновых частотах, например, 2,45 ГГц. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения применяется модель магнетронного генератора VIS-201 от компании CPI Wireless Solutions, г. Пало-Альто, штат Калифорния. VIS-201 способен генерировать выходной РЧ-сигнал с мощностью от 1,5 до 30 кВт. Генератор 171 РЧ-диапазона соединен с передающей антенной 173 через кабель или волновод 172. Передающая антенна 173 обычно представляет собой направленную антенну, которая может быть на практике реализована в виде параболической тарелки, антенны Яги, либо одной из множества других известных направленных антенн. Кроме того, передающая антенна 173 может быть реализована в виде известной группы антенн, установленных в фазированную решетку, для которой РЧ-сигнал обрабатывается таким образом, чтобы формировать на выходе направленный луч. В данном варианте реализации настоящего изобретения антенна 173 представляет собой параболическую тарелку.

На Фиг.14 показан один из вариантов размещения этих подсистем. Погодоустойчивый кожух 1405 для генератора 171 РЧ-диапазона находится на боковой стороне дороги. Канал 1404 (обычно изготовленный из стали) для размещения кабеля или волновода 172 устанавливается в бетонную плиту 1301 во время заливки бетона при ее изготовлении. Антенна 173 размещена в коробе 1402, который устанавливается в бетонную плиту 1301 при заливке бетона. Бетонная крышка 1403 для короба 1402 имеет толщину 1 дюйм.

На Фиг.15 показан один из вариантов вида сверху для конструкций, показанных на Фиг.13 и 14. Бетонная плита 1301 образует короткий отрезок дороги длиной приблизительно 50 футов (на практике изготовленное таким образом дорожное полотно может тянуться на несколько миль). Транспортное средство 1502 показано движущимся по дороге в направлении 1501. В показанный момент времени транспортное средство 1502 проехало одну треть отрезка 1301 дороги.

На Фиг.15 показаны три подсистемы РЧ-энергоснабжения, соответствующие короба которых содержат антенны под номерами 1, 2 и 3. Каждая подсистема состоит из модуля 176 авторизации и управления, размещенного в кожухе 1305, и генератора 171 РЧ-диапазона, размещенного в кожухе 1405. Ранее описанные соединения от кожухов 1305 и 1405 идут по каналам 1304 и 1404 соответственно к коробам 1302 и 1402. Каналы и короба 1305, 1405, 1302 и 1402 показаны пунктирными линиями там, где они помещены в бетонную плиту 1301. Беспроводной приемопередатчик 1213 данных и антенна 178 находятся в коробе 1302, а антенна 173 находится в коробе 1402.

В одном из вариантов реализации на практике транспортное средство 1502 идентично изображенному на Фиг.9. Когда транспортное средство 1502 перемещается по бетонной плите 1301, его логическая схема 162 идентификации и управления постоянно и неоднократно передает через антенну 164 идентификационный номер в виде цифрового сигнала при помощи беспроводного приемопередатчика 1203 данных. Этот идентификационный номер может быть предварительно запрограммирован в запоминающее устройство 1202, показанное на Фиг.12, при изготовлении автомобиля и уникальным образом идентифицирует данное транспортное средство 1502.

Когда антенна 164 проходит над коробом 1302, показанным на Фиг.15 под номером 1, антенна 178 внутри корпуса 1302 принимает сигнал, беспроводной приемопередатчик 1213 данных демодулирует этот сигнал и передает идентификационные данные транспортного средства 1502 через сеть Ethernet в компьютер 1211. Компьютер 1211 ищет идентификационный номер в базе авторизованных идентификационных номеров, хранящейся в запоминающем устройстве 1212, и если этот компьютер определяет, что транспортное средство имеет право на получение энергии, он посылает сообщение "передать энергию" по кабелю 175 в генератор 171 РЧ-диапазона, после чего генератор 171 РЧ-диапазона передает энергию по кабелю или волноводу 172 в антенну 173, которая модулирует РЧ-энергию 174.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения пары коробов 1302 и 1402 размещены с неизменным интервалом 8 футов между парами. В связи с тем, что антенна 164 транспортного средства 1502 является направленной, то при установлении связи с антенной 178, она будет находиться приблизительно над антенной 178. Так как известно, что короб 1402 с антенной 173, передающей РЧ-энергию, находится на расстоянии 8 футов от антенны 178, транспортное средство 1502 изготавливают таким образом, чтобы антенна-выпрямитель 160 находилась на расстоянии 8 футов за антенной 164. Поэтому, когда антенна 173 начинает передавать РЧ-энергию, антенна-выпрямитель 160 находится над ней и принимает эту энергию. Как описано ранее, антенна-выпрямитель 160 преобразует РЧ-энергию в постоянный ток, который по кабелю 161 течет в зарядное устройство 127, заряжающее потом батареи 122 для приведения в движение транспортного средства 1502.

Когда транспортное средство 1502 продолжает перемещаться вправо, в конце концов, антенна 164 теряет контакт с антенной 178. Когда это обнаруживается модулем 176 авторизации и управления, он посылает сообщение генератору 171 РЧ-диапазона, чтобы остановить передачу РЧ-энергии.

Наконец транспортное средство 1502 проходит над второй парой коробов 1302 и 1402 (обозначенных номером 2 на Фиг.15). В этот момент происходит точно такой же процесс идентификации и авторизации транспортного средства с последующей активацией и деактивацией передачи РЧ-энергии, обеспечивая транспортное средство 1502 следующей частью РЧ-энергии. Этот же процесс происходит, когда транспортное средство 1502 проходит над третьей парой коробов 1302 и 1402 (обозначенных номером 3 на Фиг.15), и так далее. При этом транспортное средство 1502 получает непрерывную последовательность из частей РЧ-энергии по мере его продвижения по дороге.

Хотя расстояние между антеннами 173 и 178 идентично расстоянию между антеннами 160 и 164, на Фиг.15 могут использоваться также и другие расстояния. Например, исходя из скорости транспортного средства и среднего времени, необходимого для модуля 176, чтобы обеспечить авторизацию, и для генератора 171 РЧ-диапазона, чтобы начать передачу энергии, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения расстояние между антеннами 173 и 178 может слегка превышать расстояние между антеннами 160 и 164 (например, 9 футов).

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения модуль 176 авторизации и управления, показанный на Фиг.9, обменивается информацией с удаленным сервером 250 через сеть 200 передачи данных. Удаленный сервер 250 имеет базу данных, содержащую информацию о совокупности водителей/транспортных средств, которые имеют право использовать описанную здесь систему РЧ-энергоснабжения. Удаленный сервер 250 может постоянно и/или периодически обновлять эту информацию для модуля 176 авторизации и управления, чтобы гарантировать, что этот модуль обладает текущей информацией о водителях/транспортных средствах. Сеть 200 передачи данных может представлять собой беспроводную или проводную сеть, линию частной сети или линию подключения к Интернету, например линию Т1 или линию DSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия связи).

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения генератор 171 РЧ-диапазона, показанный на Фиг.9, передает энергию постоянно, и всем транспортным средствам в этом ряду движения разрешено принимать энергию. В этом варианте подсистемы в виде логической схемы 162 идентификации и управления и модуля 176 авторизации и управления являются необязательными.

В другом варианте реализации настоящего изобретения генератор 171 РЧ-диапазона, показанный на Фиг.9, также передает энергию постоянно, но вместо того, чтобы модуль 176 авторизации и управления заставлял генератор 171 РЧ-диапазона останавливать передачу энергии при прохождении неавторизованного транспортного средства, этот модуль передает сообщение логической схеме 162 идентификации и управления, что она не имеет права получать энергию, и логическая схема 162 посылает сообщение зарядному устройству 127 (через непоказанное кабельное соединение), что это устройство должно прекратить получение энергии по кабелю 161 от антенны-выпрямителя 160. Этот вариант может оказаться полезным, если генератор 171 РЧ-диапазона нельзя быстро включать и выключать.

На Фиг.10 изображен вариант реализации настоящего изобретения, в котором в дополнение к соединению с антенной-выпрямителем через кабель 161 зарядное устройство 127 соединено с электрическим входом 129 для его подключения к внешнему источнику 190 энергии (например, стандартному источнику напряжения 120 вольт переменного тока). Как и в известных электрических транспортных средствах, интерфейс 191 электроснабжения может содержать набор проводников, стабилизатор и/или трансформатор.

Варианты, показанные на Фиг.9 и 10, обеспечивают альтернативные возможности энергоснабжения, если дорога, по которой движется транспортное средство, не содержит генераторов 171 РЧ-диапазона. Например, транспортные средства, показанные на Фиг.9 и 10, могли бы работать как обычные гибридные транспортные средства, подобные описанным на Фиг.3 и 4, когда они находятся на дорогах, не содержащих генераторов РЧ-диапазона. Однако, если большой процент всех дорог оборудован генераторами РЧ-диапазона, можно производить транспортные средства, которые большую часть времени используют РЧ-энергию и работают от батарей 122 во время коротких отрезков дороги, где недоступна РЧ-энергия. Как изображено на Фиг.11, этот тип транспортного средства не имеет двигателя внутреннего сгорания или альтернативного источника для зарядки группы батарей 122. В альтернативном варианте транспортное средство, изображенное на Фиг.11, может иметь дополнительный вход для физического подключения источника электроэнергии, предназначенный для использования в тех районах, где дороги с РЧ-энергоснабжением не являются общедоступными.

Варианты реализации настоящего изобретения могут содержать различные этапы, как указано выше. Эти этапы могут быть воплощены в виде исполняемых машиной команд, которые заставляют процессор общего или специального назначения выполнять определенные операции. Различные элементы, не относящиеся к основополагающим принципам настоящего изобретения, например компьютерная память, накопитель на жестких дисках, устройства ввода, не показаны на чертежах, чтобы избежать затруднения в понимании неотъемлемых аспектов этого изобретения.

В качестве альтернативы в одном из вариантов реализации настоящего изобретения различные изображенные здесь функциональные модули могут быть воплощены в виде конкретных аппаратных компонентов, и соответствующие этапы способа могут выполняться этими компонентами, которые содержат логические схемы с жесткими соединениями, например проблемно-ориентированные интегральные микросхемы, либо в виде какой-либо комбинации из программных компонентов и специализированных аппаратных компонентов.

Компоненты настоящего изобретения могут также быть воплощены в виде машиночитаемого носителя информации для хранения исполняемых машиной команд. Машиночитаемый носитель может включать флеш-память, оптические диски, диски CD-ROM, диски DVD-ROM, компоненты ОЗУ (ROM, Random Access Memory - оперативное запоминающее устройство), компоненты ППЗУ (EPROM, Electrically Programmable Read-Only Memory - программируемое постоянное запоминающее устройство), компоненты ЭСППЗУ (EEPROM, Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory - электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), магнитные или оптические карты, среды распространения или другой тип машиночитаемых носителей, подходящих для хранения команд в электронном виде, не ограничиваясь перечисленным. Например, настоящее изобретение может загружаться как компьютерная программа, которая пересылается с удаленного компьютера (например, сервера) на запрашивающий компьютер (например, клиент) в виде сигналов данных, представляющих собой несущую волну или другую среду распространения по линии связи (например, через модем или сетевое соединение).

В приведенном выше описании в целях рассмотрения настоящего изобретения были изложены многочисленные конкретные подробности, чтобы обеспечить полное понимание представленных системы и способа. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что эти система и способ могут быть реализованы на практике без использования некоторых из этих конкретных подробностей. Соответственно, объем и сущность настоящего изобретения должны оцениваться с точки зрения пунктов приложенной формулы изобретения.

1. Способ энергоснабжения транспортного средства, содержащий следующие этапы: размещают под поверхностью дорожного полотна множество генераторов РЧ-диапазона, которые выполнены с возможностью передачи РЧ-сигналов в фиксированном направлении снизу вверх, в сторону транспортных средств, движущихся по дорожному полотну; опознают конкретного водителя и/или транспортное средство, движущееся по дорожному полотну; определяют, имеет ли право водитель и/или транспортное средство принимать РЧ-сигналы; и выполняют выборочную передачу РЧ-сигналов, только если водитель и/или транспортное средство имеют право принимать РЧ-сигналы; устанавливают на нижней стороне транспортного средства антенну-выпрямитель, которая выполнена с возможностью приема РЧ-сигналов, передаваемых от генераторов РЧ-диапазона, и получения энергии из этих РЧ-сигналов; и используют энергию, созданную антенной-выпрямителем, для энергоснабжения транспортного средства.

2. Способ по п.1, в котором при упомянутом опознавании в беспроводном режиме считывают идентификационные данные, уникальным образом идентифицирующие водителя и/или транспортное средство, из модуля идентификации, установленного на транспортном средстве или внутри него.

3. Способ по п.2, дополнительно содержащий этапы: размещают под поверхностью дорожного полотна множество модулей авторизации и управления, которые имеют антенны, выполненные с возможностью беспроводной связи с установленным на транспортном средстве беспроводным модулем, который с возможностью обмена информацией соединен с логической схемой идентификации и управления, в которой хранятся данные идентификации.

4. Способ по п.1, в котором при упомянутом энергоснабжении обеспечивают энергией зарядное устройство, которое использует энергию для зарядки установленной на транспортном средстве группы батарей, которые снабжают энергией электрический мотор.

5. Система энергоснабжения транспортного средства, содержащая: размещенное под поверхностью дорожного полотна множество генераторов РЧ-диапазона, которые выполнены с возможностью передачи РЧ-сигналов в фиксированном направлении снизу вверх, в сторону транспортных средств, движущихся по дорожному полотну; размещенное под поверхностью дорожного полотна множество модулей авторизации и управления, которые выполнены с возможностью опознавания конкретного водителя и/или транспортного средства, движущегося по дорожному полотну; определения того, имеет ли право водитель и/или транспортное средство принимать РЧ-сигналы; и включения генераторов РЧ-диапазона для передачи РЧ-сигналов, только если водитель и/или транспортное средство имеют право принимать РЧ-сигналы; установленную на нижней стороне транспортного средства антенну-выпрямитель, которая выполнена с возможностью приема РЧ-сигналов, передаваемых от генераторов РЧ-диапазона, и получения энергии из этих РЧ-сигналов; и перезаряжаемый источник энергии внутри транспортного средства, который способен повторно заряжаться при помощи энергии, созданной антенной-выпрямителем.

6. Система по п.5, в которой антенна-выпрямитель содержит конструкцию из фильтров низкой частоты, выпрямителей и конденсаторов.

7. Система по п.5, в которой генераторы РЧ-диапазона выполнены с возможностью передачи РЧ-сигналов в микроволновой части спектра.

8. Система по п.5, дополнительно содержащая: множество приемопередатчиков РЧ-сигнала, соединенных с множеством модулей авторизации и управления, причем упомянутые передатчики позволяют множеству модулей авторизации и управления в беспроводном режиме считывать из транспортного средства идентификационные данные, которые уникальным образом идентифицируют водителя и/или транспортное средство.

9. Система по п.8, дополнительно содержащая: установленный внутри транспортного средства модуль идентификации и управления, который хранит идентификационные данные.

10. Система по п.9, в которой идентификационные данные содержат серийный номер.

11. Система по п.5, в которой перезаряжаемый источник энергии содержит группу батарей.

12. Система по п.11, дополнительно содержащая: зарядное устройство для повторной зарядки группы батарей с использованием энергии, созданной антенной-выпрямителем.

13. Система по п.12, дополнительно содержащая: электрический мотор, выполненный с возможностью получения энергии от группы батарей.

14. Система по п.13, дополнительно содержащая: двигатель внутреннего сгорания, выполненный с возможностью работы на ископаемом топливе и устройство разделения мощности для приложения крутящего момента к приводному валу, причем крутящий момент создан при работе двигателя внутреннего сгорания и/или электрического мотора.

15. Система по п.14, дополнительно содержащая: соединенный с зарядным устройством электрический вход, который содержит интерфейс, позволяющий зарядному устройству получать энергию от внешнего источника энергии.

16. Система энергоснабжения транспортного средства, содержащая: размещенное под поверхностью дорожного полотна средство генерации сигналов в РЧ-диапазоне, которое выполнено с возможностью передачи РЧ-сигналов в фиксированном направлении снизу вверх, в сторону транспортных средств, движущихся по дорожному полотну; размещенное под поверхностью дорожного полотна средство авторизации и управления, которое выполнено с возможностью опознавания конкретного водителя и/или транспортного средства, движущегося по дорожному полотну; определения того, имеет ли право водитель и/или транспортное средство принимать РЧ-сигналы; и включения средства генерации сигналов в РЧ-диапазоне для выборочной передачи РЧ-сигналов, только если водитель и/или транспортное средство имеют право принимать РЧ-сигналы; установленное на нижней стороне транспортного средства антенное средство со встроенным выпрямителем, которое выполнено с возможностью приема РЧ-сигналов, передаваемых от средства генерации сигналов в РЧ-диапазоне, и получения энергии из этих РЧ-сигналов; и перезаряжаемое средство энергоснабжения внутри транспортного средства, способное повторно заряжаться при помощи энергии, созданной антенным средством.

17. Система по п.16, в которой средство авторизации и управления содержит приемопередатчики РЧ-сигнала, соединенные с множеством средств авторизации и управления, причем упомянутые передатчики позволяют множеству средств авторизации и управления в беспроводном режиме считывать из транспортного средства идентификационные данные, которые уникальным образом идентифицируют водителя и/или транспортное средство.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано на электроподвижном составе для управления тяговыми электрическими машинами постоянного тока, электротермическими установками и другими потребителями электроэнергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в выпрямительных установках с принудительной коммутацией при управлении входными преобразователями на электроподвижном составе переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в транспортном средстве с электрическим приводом, обеспечивающим подачу и прием электроэнергии между устройством накопления электроэнергии и источником питания или электрической нагрузкой вне транспортного средства.

Изобретение относится к системам преобразования постоянного напряжения контактной сети в многоканальную систему напряжений электровоза постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока. .

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование тягового привода электроподвижного состава с двигателями постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями переменного тока. .

Изобретение относится к области электроподвижного состава железных дорог и направлено на усовершенствование электровоза двойного питания. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе железных дорог, в преобразователях возобновляемых источников электрической энергии и других источников энергии постоянного тока для преобразования в энергию переменного тока.

Изобретение относится к средствам беспроводной передачи энергии и может быть использовано для электропитания электротранспортных средств

Изобретение относится к средствам беспроводной передачи энергии и может быть использовано для электропитания троллейбусов, трамваев, электровозов и других видов электрического транспорта

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование железнодорожного транспортного средства на электрической тяге

Изобретение относится к области электротехники, а именно к приводам для управления разъединителями контактной сети электрифицированных железных дорог

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электродвигателе переменного тока для приведения в движение железнодорожного вагона

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств с электротягой, которое может работать от различных систем внешнего электроснабжения, обеспечивая подачу электроэнергии к тяговым двигателям и нетяговым бортовым потребителям Уровень техникиДля электрификации железных дорог применяются две системы электроснабжения: переменного и постоянного тока, в нашей стране это 25 кВ переменного тока и 3 кВ постоянного

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах электровозов с асинхронными электродвигателями при питании от сетей переменного или постоянного тока, что свойственно для протяженных скоростных магистралей, имеющих участки сети переменного и постоянного тока

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к вопросам управления движением полевых мобильных подвижных сельскохозяйственных агрегатов, в частности, питающихся через однопроводниковую линию электропередачи резонансной системы электроснабжения
Наверх